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Revista técnico-científica do IFSC [recurso eletrônico] / Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina. - n. 10 (dez. 2020). - Florianópolis: Publicação do IFSC, 2020. 65 p. : il.
Semestral
Inclui bibliografias ISSN 2316-8382
1. Educação. 2. Ciência e Tecnologia. I. Instituto Federal de Catalogação na fonte pelo Instituto Federal de Educação, Ciência e
A primeira metade desta edição apresenta os artigos das áreas de química e ecologia. O primeiro, intitulado “Determinação de cálcio, potássio e sódio em bananas de cultivo convencional e
orgânico da região de Jaraguá do Sul” avalia quantitativamente as diferenças de cálcio, potássio e
sódio nas bananas de produção convencional e orgânica revelando que as bananas de produção orgânica apresentam resultados similares aos informados pela Tabela Brasileira de Composição dos Alimentos, mas discrepantes para as de produção convencional. O segundo artigo, “Remoção
de cafeína de efluentes através de leito de macrófita de fluxo subsuperficial vertical plantado com Vetiveria zizanioides” avalia a capacidade de remoção da cafeína através de fitorremediação, em um
leito plantado com Vetiveria zizanioides (capim-vetiver) em agregados leves de argila expandida, os autores verificaram que a exposição da planta à cafeína causou uma diminuição no teor de clorofila a e b e total. Este estudo aponta para a possibilidade do uso da fitorremediação como uma tecnologia de baixo custo aplicável ao tratamento de águas residuais contaminadas com compostos emergentes. O artigo seguinte, “Óleo residual de fritura e sebo bovino: matérias-primas alternativas à produção de
biodiesel” apresenta opções alternativas de matérias primas para produção de biodiesel. E o último
deste bloco “Levantamento de Avifauna no IFSC Câmpus Florianópolis, SC” estudou três subáreas do IFSC Câmpus Florianópolis, utilizando como método o avistamento, em nove campanhas de coleta e 14 horas de observação. Verificou-se uma riqueza de 28 espécies, abundância total de 1336 espécimes e sete espécies abundantes na área total estudada, incluindo exóticas e aves frequentes em áreas de mata e revela que ainda que essa área não tenha sido planejada para atrair avifauna, observa-se que ela desempenha um papel importante na ecologia urbana da região.
Na segunda metade desta edição temos o artigo “Análise estrutural de flexo-torção: um comparativo
analítico, experimental e numérico” que realiza um comparativo dos valores de tensões e deformações
presentes na estrutura de um dispositivo mecânico de flexo-torção em três massas diferentes nos experimentos, e verifica que a tensão de Von Mises atingiu valores de 23, 24 e 27% distantes dos valores teóricos e 14, 15 e 19% simulados computacionalmente. Os dois artigos que finalizam esta edição são: na área de Ensino de Matemática, intitulado “Uma Análise Matemática Particular das Características
Essenciais de Quadrados Mágicos de ordem ímpar: Uma Sugestão Pedagógica no Processo de Ensino e Aprendizagem de Matemática” apresenta um estudo de um caso particular de Quadrados Mágicos
de ordem ímpar, com a intenção de sugerir esse modelo matemático como atividade pedagógica regular no ato de ensinar e no ato de aprender matemática na educação básica. E na área de Ensino de física, intitulado “O Ensino dos Fenômenos Ondulatórios Mecânicos: um estudo sobre os experimentos
propostos em livros didáticos de Física do Ensino Médio” investiga os experimentos que envolvem os
fenômenos ondulatórios mecânicos que são propostos nos livros didáticos de Física para o Ensino Médio, indicados pelo PNLD de 2018 e evidencia que a escolha apropriada do livro didático de Física é um elemento importante para contribuir na qualidade do processo de ensino e aprendizagem. Boa leitura.
Roberto João Eissler Editor da RTC – IFSC
Todos os artigos desta publicação são de inteira responsabilidade de seus respectivos autores, não cabendo qualquer responsabilidade legal sobre o seu conteúdo à Revista Técnico-Científica ou ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina (IFSC). Os artigos podem ser reproduzidos total ou parcialmente, desde que a fonte seja devidamente citada e seu uso seja para fins acadêmicos.
27
Levantamento de Avifauna no IFSC Câmpus Florianópolis, SCUma Análise Matemática Particular das Características Essenciais de Quadrados Mágicos de ordem ímpar: Sugestão
Pedagógica no Processo de Ensino e Aprendizagem de Matemática
45
Remoção de cafeína de efluentes através de leito demacrófita de fluxo subsuperficial vertical plantado com Vetiveria zizanioides
13
O Ensino dos Fenômenos Ondulatórios Mecânicos: um
estudo sobre os experimentos propostos em livros didáticos
de Física do Ensino Médio
52
Óleo residual de fritura e sebo bovino: matérias-primas
alternativas à produção de biodiesel
21
Análise estrutural de flexo-torção: um comparativo
01
Determinação de cálcio,
potássio e sódio em bananas
de cultivo convencional
e orgânico da região de
Jaraguá do Sul
JULIANO CARVALHO RAMOS1
GIOVANI PAKUSZEWSKI2
BEATRIZ VIRGÍNIA ITTNER3
BRUNA GABRIELY VARGAS MORAIS4
EVELIN NATALIA PIETSCH5
GABRIELI APOLINÁRIO DE SOUZA6
NATALY ALVEZ DE ARAUJO7
Resumo - A banana é a fruta fresca mais consumida no mundo, sendo o Brasil o quarto maior produtor mundial e o primeiro em consumo interno. Embora o cultivo convencional se sobreponha ao orgânico, este cultivo alternativo apresenta vantagens quanto à inocuidade do produto final, fator relevante para os consumidores e para saúde pública. Sabendo que a composição de minerais presentes nos alimentos é um dado nutricional importante, este trabalho avalia quantitativamente as diferenças de cálcio, potássio e sódio nas bananas de produção convencional e orgânica. O procedimento experimental consistiu na coleta representativa das bananas seguida da digestão em meio de HNO3 sob aquecimento durante 1h. As quantificações foram procedidas por espectrometria de absorção e emissão atômica, revelando que as bananas de produção orgânica apresentam resultados similares aos informados pela Tabela Brasileira de Composição dos Alimentos, mas as de produção convencional são discrepantes, possivelmente devido ao uso excessivo de fertilizantes sintéticos. magnético.
Palavras-Chave: Banana, Musa spp., Plantio Orgânico, Minerais, Espectrometria Atômica.
Introdução
De acordo com Godoy (2010), a banana se originou em países orientais como Indonésia, Malásia, Filipinas e Índia há mais de 4000 anos, mas sua origem não é exata já que se mescla com a mitologia grega e indiana. No Brasil, os primeiros registros desta fruta são descritos próximo à data do descobrimento, quando Pedro Álvares Cabral observou os indígenas ingerindo a banana, que se acredita ser do tipo branca. A banana começou a ser comercializada internacionalmente com mais intensidade no século
1 Instituto Federal de Santa Catarina (IFSC), Câmpus Jaraguá do Sul, Professor de Química / juliano.ramos@ifsc.edu.br 2 Instituto Federal de Santa Catarina (IFSC), Câmpus Jaraguá do Sul, Professor de Química / giovanipak@ifsc.edu.br@ifsc.edu.br 3 Instituto Federal de Santa Catarina (IFSC), Câmpus Jaraguá do Sul, Aluna do Curso Técnico em Química - beatrizvittnerittner@gmail.com 4 Instituto Federal de Santa Catarina (IFSC), Câmpus Jaraguá do Sul, Aluna do Curso Técnico em Química - brunagabrielyvm@gmail.com 5 Instituto Federal de Santa Catarina (IFSC), Câmpus Jaraguá do Sul, Aluna do Curso Técnico em Química - pietsch.evelin@gmail.com 6 Instituto Federal de Santa Catarina (IFSC), Câmpus Jaraguá do Sul, Aluna do Curso Técnico em Química - gabimcapim@gmail.com 7 Instituto Federal de Santa Catarina (IFSC), Câmpus Jaraguá do Sul, Aluna do Curso Técnico em Química - araujonataly262@gmail.com
XIX, chegando em regiões frias (onde é muito consumida) em virtude aos avanços da refrigeração no transporte marítimo e ferroviário.
As bananeiras (Musa spp.) produzem frutos comestíveis pertencentes à classe das Monocotiledôneas, ordem Scitaminales, família Musaceae (FRANCISCO et al., 2014). Englobam sistema radicular, caule subterrâneo (rizoma), pseudocaule (tronco), folhas e cacho (engaço, raque e coração). Na parte superior do cilindro central do rizoma, está localizada a gema apical do crescimento que é responsável pelo desenvolvimento da planta (OLIVEIRA, 2010).
A produção de banana é favorecida pelo clima das zonas tropicais e subtropicais. Na região do norte catarinense, há abundância nas plantações de bananeiras, em sua grande maioria baseadas no sistema de plantio convencional. Segundo Ormond et al. (2002), existem cerca de dez tipos de produção agrícola no mundo, sendo elas classificadas em: alternativa, biológica, convencional, dinâmica, ecológica, integrada, natural, orgânica, sustentável e transgênica.
A agricultura convencional é explicada por Farias et al. (2003) como um sistema em que as práticas são feitas de acordo com a opção do produtor, podendo ser utilizado produtos fitossanitários (agrotóxicos). Esses procedimentos, aliados às recentes inquietações globais com saúde e sustentabilidade do planeta, tornaram-se as principais motivações para produção de alimentos menos nocivos e mais saudáveis, destacando-se a produção orgânica.
Darolt (2003, p. 290 ) compartilha deste pensamento ao afirmar que “a busca da qualidade alimentar está se tornando uma das principais preocupações dos consumidores conscientes”. No Brasil, sistemas orgânicos de agropecuária são definidos pelo art. 1º da Lei n.10.831, de 23 de dezembro de 2003, que tem por objetivo a sustentabilidade ecológica, minimização da dependência de energia não renovável e emprego preferencial aos métodos culturais, biológicos e mecânicos em contraposição ao uso de materiais sintéticos, geneticamente modificados e de radiações ionizantes.
A composição de minerais presentes nos alimentos é um dado nutricional importante. Desde 1930, pesquisas sobre a composição de minerais nas bananas têm sido realizada, expandindo-se principalmente na década de 1960 (LAHAV, 1995). A Tabela Brasileira de Composição dos Alimentos (TACO) apresenta os teores de alguns minerais importantes presentes em uma vasta quantidade de alimentos (processados ou in natura), sendo que a banana possui quantidades elevadas de potássio (K), moderadas de cálcio (Ca) e magnésio (Mg), e baixas para cobre (Cu), ferro (Fe), manganês (Mn), sódio (Na) e zinco (Zn) em comparação a outras frutas (NEPA, 2011).
O potássio é um elemento que atua principalmente no controle da pressão arterial, diminuindo a pressão diastólica e sistólica em pacientes adultos (IPI, 2013). Já o cálcio é extremamente importante para a mineralização de ossos e dentes (FRANÇA; MARTINI, 2018) além de ser essencial na mitose e coagulação sanguínea (PEREIRA, 2009). Embora o sódio seja o principal eletrólito do fluido extracelular contribuindo para a absorção de nutrientes, contração muscular e transmissão nervosa, a quantidade excessiva deste elemento pode causar, por exemplo, aumento da pressão arterial (BAZANELLI; CUPPARI, 2009).
Para identificar e quantificar os diversos elementos presente nos alimentos, comumente as amostras alimentícias são submetidas a um processo de pré-tratamento, de modo que possam ser inseridas nos instrumentos de análise. Para analitos metálicos, um dos procedimentos mais empregados na conversão das amostras se baseia na dissolução em meio ácido, empregando ácidos oxidantes concentrados, podendo ser potencializados com o aumento da temperatura e/ou aplicação de pressão, além do uso de reagentes auxiliares (KRUG et al., 2016).
Após a digestão ácida das amostras, espera-se que somente moléculas pequenas e íons estejam presentes no meio, podendo ser identificados ou quantificados com instrumentação analítica apropriada. Os métodos espectrométricos atômicos permitem a determinação de mais de 70 elementos em concentrações em partes por milhão ou menores, além de serem técnicas bem consolidadas, rápidas, convenientes, de alta seletividade e relativamente difundidas no mercado (SKOOG, et al., 2018). As análises mais rotineiras requerem apenas que as amostras estejam na forma de solução e, sob esta
condição, a espectrometria de emissão atômica (sigla AES, do inglês: atomic emission spectrometry) e a espectrometria de absorção atômica (sigla AAS, do inglês: atomic absorption spectrometry) (HAGE; CARR, 2012) destacam-se pela simplicidade no uso e alta frequência analítica.
Segundo Okumura et al. (2004), a AES (também conhecida como fotometria de chama) é uma das técnicas analíticas mais simples existentes para quantificação de alguns metais alcalinos e alcalinos terrosos. O procedimento consiste em inserir uma amostra líquida (com baixo teor de sólidos dissolvidos), contendo os cátions metálicos de interesse, em uma chama composta por ar e gás liquefeito de petróleo (GLP). Esta mistura de gases fornece energia suficiente (temperaturas entre 1700 a 1900 °C) para excitar a grande maioria dos elementos com um ou dois elétrons na camada de valência. Devido ao tempo de vida do estado excitado de um átomo gasoso ser muito curto (aproximadamente 10-9 s) (HARRIS, 2017), eles tendem a voltar para o estado fundamental, liberando a energia excedente na forma de radiação eletromagnética em comprimento de onda característico.
Já a AAS possui alguns princípios similares ao AES, principalmente aos processos de introdução de amostra (geração de aerossol com subsequentes fenômenos físicos e químicos, tais como evaporação do solvente; vaporização, dissociação e atomização das espécies químicas de interesse). Entretanto uma fonte de radiação é requerida para excitar os analitos e, nos casos mais frequentes, a mistura de ar (comburente) e acetileno (combustível) é empregada para produzir chamas com temperaturas entre 2100 a 2400 oC capaz de atomizar cerca de 30 a 35 elementos da tabela periódica (WELZ; SPERLING, 1999).
Neste viés, o objetivo deste trabalho é propor um método para quantificar Ca, K e Na, em bananas nanicas (na região sul, conhecidas também como imperial ou caturra) de produção convencional e orgânica por espectrometria de emissão atômica em chama (F AES) ou por espectrometria de absorção atômica em chama (F AAS), a fim de verificar se há diferenças significativas desses elementos em cada tipo de cultivo, tendo como referência os valores descritos pela TACO.
Fig
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
PAs amostras de banana foram coletadas diretamente com os produtores da região de Jaraguá do Sul - SC. A fim de evitar eventuais discrepâncias decorrentes do solo e clima, a coleta dos dois plantios (convencional e orgânico) ocorreu em áreas próximas e suas localizações são apresentadas na Figura 1.
Figura 1: Locais de coleta das bananas nanicas (coordenadas: -26.495886, -49.157770). As regiões em vermelho representam o
cultivo convencional e as em amarelo, o cultivo orgânico. FONTE: Google Maps, Google.
Para melhor representatividade, três pencas de cada cultivo foram coletadas, descascadas e processadas com o uso de um liquidificador, e então armazenadas no congelador para futuras análises.
O teor de umidade nas bananas foi verificado baseando-se no procedimento descrito pelo Instituto Adolfo Lutz (ZENEBON et al., 2008), o qual consistiu em pesar 1,00 g de banana de cada penca de ambas as produções, introduzi-las na estufa na temperatura de aproximadamente 105 ºC durante 40 minutos e, após esse período, transporta-las até o dessecador, permanecendo neste recipiente por 15 minutos sob vácuo. E em seguida, mensurou-se as massas das bananas, utilizando balança analítica. O processo de secagem foi repetido até obtenção de massa constante.
Massas de bananas em triplicata de 1,0 g, 2,5 g, 5,0 g e 10,0 g foram utilizadas para verificação da quantidade mais adequada para promover dissolução completa das amostras (ausência de partículas visíveis a olho nu).
Os ácidos clorídrico (HCl), nítrico (HNO3) e sulfúrico (H2SO4) foram avaliados como prováveis meios para digestão das amostras. Para aumentar a velocidade da degradação, as amostras foram aquecidas em chapa de aquecimento. Em seguida, filtradas à vácuo, transferidas para tubos cônicos de polipropileno e avolumadas com água deionizada.
Sucintamente o procedimento otimizado da digestão consistiu em pesar 2,5 g da polpa da banana previamente triturada, adicionar 7,0 mL de HNO3 70% (m/v), aquecer a mistura por 1 h a 80 0C, filtra-la usando papel filtro quantitativo de 28 µm e transferir a amostra digerida para tubos do tipo falcon de 50,0 mL, completando o volume com água deionizada.
As quantificações de Na e K foram procedidas no espectrômetro de emissão atômica (910MS, Analyser) e Ca no espectrômetro de absorção atômica (AAnalyst 400, PerkinElmer). Padrões Ca, Na e K de 1000 mg L-1 (SpecSol, São Paulo), devidamente diluídas, foram utilizadas como soluções de referências para construção das curvas de calibração correspondentes. Devido às quantidades significativas de Ca e K previstas nas amostras de banana, foi requerida sua diluição em 10 vezes previamente a sua determinação. Já para o Na não foi necessário diluir as amostras..
RESULTADOS E DISCUSSÃO
banana proveniente da produção convencional apresentou porcentagem média de 70,0 ± 8,2% em água. Já para a banana de produção orgânica, a porcentagem foi de 78,0 ± 2,6%. Tendo como referência o valor descrito pela TACO de 73,8% em umidade, nota-se que os valores obtidos em ambas as produções estão próximos aos valores de referência.
Entretanto se observa maior média e melhor precisão para as bananas de cultivo orgânico, sugerindo que este cultivo promova processos metabólicos mais saudáveis à fruta, uma vez que menores quantidades de água possam estar associadas a respiração mais acelerada das bananeiras (BURDON, et al., 1994).
Digestão em meio ácido das amostras
Preliminarmente, foi verificado o desempenho do HCl, HNO3 e H2SO4 na digestão das bananas. O HCl revelou ser um ácido pouco promissor na dissolução das amostras, mesmo sob aquecimento, o que é justificado por ele não possuir ação oxidante, mesmo caracterizado como um ácido forte, oferecendo apenas degradação parcial a matrizes orgânicas. Já o HNO3 é um forte agente oxidante e foi capaz de degradar majoritariamente a banana e, aumentando a temperatura, a dissolução foi beneficiada tornando a mistura mais clara. O H2SO4 também se mostrou favorável para digestão, promovendo rápida oxidação da matéria orgânica, devido a sua ação desidratante, evidenciada pela coloração escura na mistura, em razão da presença de carbono amorfo. Entretanto havia partículas em tamanhos mensuráveis na mistura, mesmo após aquecimento, desfavorecendo a escolha deste ácido (FLORES, 2014).
Assim, o HNO3 foi selecionado como ácido para dissolução das bananas provenientes do cultivo convencional e orgânico. A Figura 2 mostra o desempenho dos três ácidos na digestão das amostras.
A massa de amostra foi outro parâmetro otimizado. Com intuito de obter valores representativos, considerando eventuais perdas no processo e atendendo à sensibilidade instrumental, sugere-se o uso de massas significativas da amostra (≥ 1,0 g) para digestão. Entretanto, massas muito elevadas (≥ 10,0 g) podem consumir muitos reagentes e gerar apreciáveis quantidades de resíduos, requerendo a seleção de uma condição de compromisso.
Considerando os limites descritos, foi verificada a massa ideal para digerir completamente a banana, tendo como limitante o volume de 7,0 mL de HNO3, observando os aspectos finais da solução e a quantidade de sólido retido durante a filtração. Como esperado, as massas aos extremos se mostraram desvantajosas, evidenciando que a digestão envolvendo 10,0 g apresenta quantidades visíveis de sólido suspenso na mistura, acarretando apreciáveis retenções de partículas durante a filtração. Em contrapartida, a massa de 1,0 g revelou dissolução completa e ínfima quantidade de sólido retido durante a filtração, porém essa massa pode não ser representativa e, eventualmente, não atender a sensibilidade dos espectrômetros – principalmente para Na, que deve estar em baixas concentrações, sugerindo que massas maiores a de 1,0 g devam ser preferencialmente selecionadas.
As massas de 5,0 g e 2,5 g apresentaram digestão mais efetiva, todavia a massa de 2,5 g demonstrou desempenho significativamente superior, pela homogeneidade da solução, menor turbidez e insignificante quantidades de sólidos presentes durante a filtração, se assemelhando as características da digestão envolvendo 1,0 g de amostra, sendo, portanto, a massa de 2,5 g a ideal para digestão das bananas. A Figura 3 apresenta os aspectos da digestão envolvendo as massas de 5,0 e 2,5 g de amostra.
Figura 2. Dissolução da banana nanica em meio ácido. As digestões ocorreram, sem aquecimento, em meio de H2SO4 em A, HCl em B e HNO3 em C. Em D apresenta os três meios sob aquecimento, a esquerda com HNO3, a direita com HCl e atrás (pouco visível) com H2SO4. A massa utilizada de banana foi de 10,0 g previamente triturada com 20 mL do ácido
correspondente (eventualmente com acréscimo de água).
Figura 3. Dissolução da banana nanica com diferentes massas em meio a 7,0 mL de HNO3 com subsequente retenção de partículas em papel filtro contendo porosidade de 28 µm. Em A1 e B1 digestão envolvendo 5,0 e 2,5 g de amostra respectivamente. Em A2 e B2 retenção das partículas no papel filtro provenientes das digestões utilizando 5,0 e 2,5 g de
Quantificação de Ca, K e Na nas bananas de produção convencional e orgânica
Os resultados obtidos das determinações foram comparados com os valores descritos pela Tabela Brasileira de Composição dos Alimentos. Por esse motivo, as concentrações serão apresentadas em mg do analito correspondente por 100 g da polpa da fruta. Os dados da TACO referem-se a amostra in natura, considerando, portanto, a água presente nos alimentos. Assim, as quantificações neste trabalho estarão em função da massa úmida das bananas.
A Tabela 1 apresenta os resultados obtidos de Ca e K nas bananas nanicas provenientes do cultivo convencional e orgânico, comparando com os valores descritos pela TACO. Para os teores de Na, mesmo adotando massas de amostras superiores a 1,0 g, os resultados se mostraram inferiores ao limite de quantificação do F AES (< 2 mg de Na por 100 g de fruta), para ambas as produções, inferindo que este elemento é pouco abundante na fruta, sugerindo concordância com o valor descrito pela TACO, a qual reporta que este metal alcalino está presente em quantidade traço.
Plantio
Cálcio (mg/100 g da fruta)
Potássio (mg/100 g da fruta)
Referência (TACO) 3 376
Produção convencional 55 ± 6 298 ± 59 Produção orgânica 9 ± 3 384 ± 75
Tabela 1: Quantificação de Ca e K em bananas de cultivo convencional e orgânico. Amostras digeridas em meio de HNO3 utilizando F AES e F AAS como ferramentas analíticas de quantificação. Número de réplicas das amostras é de nove (n = 9).
Ao visualizar a Tabela 1, nota-se que ambas as produções possuem quantidades médias de Ca superiores aos reportados pela TACO. As bananas de produção convencional possuem cerca de 6 vezes mais Ca que as da produção orgânica e, ao comparar com o valor da TACO, a diferença passa a ser 18 vezes maior. Já a produção orgânica possui 3 vezes mais Ca em comparação ao valor de referência, sugerindo que o solo desta região possui naturalmente níveis elevados deste metal alcalino terroso em sua composição.
Entretanto a discrepância aos valores de Ca para a produção convencional preconiza que haja adições intencionais deste elemento no manejo das plantas, possivelmente durante a adubação ou correção do pH do solo, empregando fertilizantes sintéticos que possuem em sua composição óxido de cálcio (CaO) ou carbonato de cálcio (CaCO3) na forma de calcário (SILVA JUNIOR, et al., 2010), por exemplo.
Muitos pequenos e médios produtores fazem uso displicente de aditivos ao solo, geralmente com a adição em excesso para “garantir a colheita”. Entretanto quantidades significativamente elevadas podem causar anomalias à planta e eventualmente prejudicar o consumidor devido às quantidades anormais na fruta.
Kotchi (2013) discute os impactos adversos do uso de fertilizantes minerais na agricultura, destacando o uso intensivo destes insumos por pequenos agricultores. Embora os fertilizantes possam promover aumento na produtividade e redução da pobreza no país, há indicações de que eles prejudicam o meio ambiente e deterioram a fertilidade do solo. Como exemplos alternativos mais sustentáveis, o autor descreve o uso de fertilizantes orgânicos para restaurar os níveis de nutrientes no solo, diminuindo os riscos de produção e aumentando a segurança alimentar.
Observando novamente a Tabela 1, verificam-se distinções menos acentuadas para o K em comparação ao Ca. Todavia a concentração de K nas bananas convencionais é cerca de 21% inferior ao valor de referência e 22% abaixo aos das bananas orgânicas. Em contrapartida, as bananas orgânicas revelaram concentração média apenas 2% superior em comparação ao valor da TACO para K, sendo mais condizente com os valores nutricionais esperado para a fruta.
Araujo (2008) afirma que “existe um mecanismo de manutenção do balanceamento de Ca, K e Mg na planta, sendo que o excesso de um induz a deficiência de outro”, justificando a menor concentração de K para as bananas convencionais. Embora o magnésio não tenha sido quantificado, espera-se que este elemento esteja também em quantidades anômalas neste tipo de cultivo, similarmente aos resultados observados para as plantações de milho (MEDEIROS, et al., 2008).
CONCLUSÕES
Um método simples, rápido e pouco dispendioso para quantificar Ca, K e Na em bananas nanicas proveniente do cultivo convencional e orgânico foi proposto, fazendo uso apenas de pequenos volumes de HNO3 como reagente. Este método mostrou ser de fácil reprodução em laboratórios que disponham de instrumentações modestas de análises.
Os resultados indicam que há diferenças significativas nas concentrações de Ca e K para as bananas convencionais e orgânicas, mas não para Na que se manteve na concentração traço. As dessemelhanças para os dois tipos de plantios podem ser decorrentes do uso demasiado de fertilizantes sintéticos, ocasionando excesso de um nutriente em detrimento de outros, afetando a saúde da planta.
A banana de cultivo orgânico revelou quantidades mais próximas aos valores de referência, além de possuir maior teor de água em sua composição, indicando processos metabólicos mais saudáveis à planta. É válido ressaltar que a banana de ambos os cultivos continua sendo rica em Ca, K e em muitos outros nutrientes importantes na dieta alimentar, incentivando o seu consumo periódico para obtenção dos benefícios nutricionais que esta fruta proporciona.
Agradecimentos
Os autores agradecem à empresa familiar Ecofrutícola Uecker pela oportunidade de conhecer seu cultivo e pela concessão das bananas orgânicas.
REFERÊNCIAS
ARAUJO, J. P. C. Crescimento e marcha de absorção de nutrientes de bananeira (Musa sp. AAA), ‘Grande
Naine’ no primeiro ciclo de produção. Tese (Doutorado), Universidade de São Paulo, Piracicaba, 2008.
BURDON, J. N. et al. The post-harvest ripening of water stressed banana fruits. Journal of Horticultural
Science. v. 69, n. 5, p. 799 – 804, 1994.
BAZANELLI, A. P.; CUPPARI, L. Funções Plenamente Reconhecidas de Nutrientes: Sódio. International
Life Sciences Institue do Brasil, São Paulo, v. 4, 2009.
BRASIL. Lei n. 10.831, de 23 de dezembro de 2003. Dispõe sobre a agricultura orgânica e dá outras providências. Disponível em: < http://www.planalto.gov.br/>. Acesso em 07out2020.
DAROLT, M. R. Comparação da Qualidade do Alimento Orgânico com o Convencional. In: STRINGHETA, P.C & MUNIZ, J.N. Alimentos Orgânicos: Produção, Tecnologia e Certificação. Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, p. 289-312, 2003.
FARIAS, R. M. et al. Produção convencional x integrada em pessegueiro cv. marli na depressão central do Rio Grande do Sul. Revista Brasileira de Fruticultura, v. 25, n. 2, p. 253 - 255, 2003.
FLORES, E. M. M. Microwave-Assisted Sample Preparation for Trace Element Determination. Elsevier. Amsterdam, 2014.
FRANÇA, N. A. G.; MARTINI, L. A. Cálcio. Funções plenamente reconhecidas de nutrientes, ILSI
International Life Sciences Institute do Brasil, São Paulo, v. 1, 2018.
FRANCISCO, M. S. et al. Efeito das condições de manejo nas características sensoriais de banana (Musa spp) cv. pacovan. Revista Brasileira de Fruticultura. São Paulo, v. 36, n. 2, p. 313 – 317, junho de 2014. GODOY, R. C. B. Estudo das variáveis de processos de doce de banana de corte elaborado com variedade
resistente à sigatoka-negra. Tese (Doutorado), Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2010.
HAGE, D. S.; CARR, J. D. Química Analítica e Análise Quantitativa. Person Education, 2012. HARRIS, D. C. Análise química quantitativa. LTC, Rio de Janeiro, 9a ed., p. 525, 2017.
IPI Instituto Internacional do Potássio. Potássio um Nutriente Essencial para a Vida. Disponível em: HYPERLINK “https://www.ipipotash.org/uploads/udocs/397-potassio-um-nutriente-essencial-para-a-vida.pdf” https://www.ipipotash.org/uploads/udocs/397-potassio-um-nutriente-essencial-para-a-vida. pdf Acesso em 20/01/2020
KOTSCHI, Johannes. A soiled reputation: Adverse impacts of mineral fertilizers in tropical agriculture. Association for Agriculture and Ecology. Heinrich Böll Stiftung. Alemanha, 2013.
KRUG, F. J.; ROCHA, F. R. P. Métodos de preparo de amostras para análise elementar. Sociedade Brasileira de Química, São Paulo, 2016.
LAHAV, E. Banana nutrition. In: Gowen S. (eds) Bananas and Plantains. World Crop Series. Springer, Dordrecht, p. 258 – 316, 1995.
NEPA - Núcleo de Estudos e pesquisas em Alimentação. Tabela brasileira de composição de alimentos. BookEditora, São Paulo, 4a ed., p. 35-36, 2011.
MEDEIROS, J. C. et al. Relação cálcio: magnésio do corretivo da acidez do solo na nutrição e no desenvolvimento inicial de plantas de milho em um Cambissolo Húmico Álico. Semina: Ciências
Agrárias, v. 29, n. 4, p. 799 – 806, 2008.
OLIVEIRA, H. S. Comportamento de cultivares de bananeira (Musa spp) resistentes a doenças no processo
de micropropagação. Dissertação (Mestrado), Universidade Federal Rural da Amazônia, Belém, 2010.
OKUMURA, F. et al. Experimentos simples usando Fotometria de Chama para Ensino de Princípio de Espectrometria Atômica em Cursos de Química Analítica. Química Nova. São Paulo, v. 27, n. 5, p. 832 - 836, 2004.
ORMOND, J. G. P. et al. Agricultura orgânica: Quando o passado é futuro. BNDES Setorial, Rio de Janeiro, 2002. Disponível em: https://web.bndes.gov.br/bib/jspui/bitstream/1408/2479/1/BS%2015%20 Agricultura%20orgância_P.pdf. Acesso em: 7mar.2019.
PEREIRA, G. A. P. et al. Cálcio dietético – estratégias para otimizar o consumo. Revista Brasileira de
Reumatologia. v. 49, n. 2, p. 164 – 180, 2009.
SKOOG, D. A. et al. Fundamentos de Química Analítica. CENAGE. 9a ed., São Paulo, 2018. WELZ, B.; SPERLING, M. Atomic Absorption Spectrometry, Wiley-VCH, Alemanha, 3a ed., 1999.
ZENEBON, O.; PASCUET, N. S.; TIGLEA, P. Métodos físico-químicos para análise de alimentos. Instituto Adolfo Lutz, 4o ed., São Paulo, 2008.
02
Remoção de cafeína de
efluentes através de leito de
macrófita de fluxo
subsuper-ficial vertical plantado com
Vetiveria zizanioides
BRUNO JOUKOSKI JALOWSKI 1
BERENICE DA SILVA JUNKES 2
TERESA BORRALHO3
ADELAIDE ALMEIDA4
Resumo
Considerada o estimulante do sistema nervoso central mais consumido no mundo, a cafeína se mostra como uma ameaça a ecossistemas aquáticos, por ser descartada e indevidamente tratada, sendo então detectada em fontes de abastecimento. Este trabalho buscou avaliar a capacidade de remoção da cafeína através de fitorremediação, em um leito plantado com Vetiveria zizanioides (capim-vetiver) em agregados leves de argila expandida. O fluxo ao leito foi efetuado em modo vertical contínuo. Foi utilizado uma solução nutritiva de Hoagland, enriquecida com 8 ± 1 mg .L-1 de cafeína. Manteve-se o caudal afluente constante e carga hidráulica em 200 L.m-2.d-1. A eficiência de remoção de cafeína no leito, bem como a sua assimilação pelas folhas das plantas foi determinada através de HPLC-MS. Na biomassa vegetal foram determinados os teores de clorofila a, b, total e carotenoides. Obtiveram-se eficiências médias de remoção de cafeína de até 69 ± 2 %, tendo a V. zizanioides assimilado durante todo o processo de tratamento cerca de 20 µg.g-1 na folha. Verificou-se que a exposição da planta à cafeína causou uma diminuição no teor de clorofila a e b e total. Este estudo aponta para a possibilidade do uso da fitorremediação como uma tecnologia de baixo custo aplicável ao tratamento de águas residuais contaminadas com compostos emergentes.
Palavras-Chave: Carotenoides, Leitos Flutuantes, Assimilação Pelas Plantas, HPLC-MS.
INTRODUÇÃO
A cafeína (1,3,7-trimetilpurina-2,6,diona) é um alcaloide púrico e é considerada o estimulante
do sistema nervoso central mais consumido ao redor do mundo (CHEN, 2017). Em cursos d’água, esta substância é considerada um sinalizador de contaminação (DANESHVAR et al., 2012), pois, junto de outros produtos farmacêuticos presentes no esgoto doméstico, ela é metabolizada e absorvida pelo organismo humano de modo parcial e é excretada nas fezes e na urina, tendo como destino o ambiente aquático. Esses compostos liberados em pequenas e contínuas concentrações podem causar mudanças e efeitos crônicos no ecossistema, de acordo com Daughton e A Ternes (1999).
1 Instituto Federal de Santa Catarina (IFSC), Aluno do Curso Técnico Integrado em Química, Campus Florianópolis / bruno.jalowski@gmail.com 2 Instituto Federal de Santa Catarina (IFSC), Professora do Curso Técnico Integrado em Química, Campus Florianópolis / berenice@ifsc.edu.br 3 Instituto Politécnico de Beja (IPBeja), Professora do Departamento de Ciências e Tecnologias Aplicadas / mtcarvalhos@ipbeja.pt
Em diversos estudos fora detectada a presença de cafeína em águas residuais sem tratamento, na ordem dos 16 mg.habitante-1.dia-1, com eficiências de remoção em estações de tratamento de esgoto convencionais de 60 % (BUERGE, 2003).
Em âmbito nacional, a cafeína é amplamente detectada em águas de mananciais e de abastecimento, tanto em fontes subterrâneas (SOUZA et al., 2016) quanto superficiais (GONÇALVES, 2008). Essa presença recorrente existe, pois, a passagem dos resíduos farmacêuticos por estações de tratamento não elimina completamente essas substâncias do efluente final, devido aos métodos atualmente aplicados não removerem eficientemente esse micropoluente (JONES et al., 2005).
Dentre os diferentes métodos que permitem a remoção de cafeína de águas residuais destaca-se a fitorremediação, técnica que consiste na utilização de plantas para descontaminação de ambientes aquáticos e terrestres, removendo, degradando ou reduzindo a biodisponibilidade dos contaminantes. Quando esta tecnologia é aplicada no tratamento de águas residuais, é denominada “Wetlands construídos” também muitas vezes denominados leitos de macrófitas ou apenas leitos. Ela é provada como eficiente na remoção de diversos compostos orgânicos e inorgânicos, incluindo pesticidas, metais pesados e hidrocarbonetos poliaromáticos (RAI, 2009). Por Matamoros et al. (2009) foi constatada a possibilidade de remover cafeína em águas residuais com eficiência de 97 % a 99 %. Ademais, segundo Divensi, Lima e Souza (2010), apresenta custos de implementação e impactos ambientais muito inferiores aos dos métodos físico-químicos usuais, além de ser de fácil manipulação, ser capaz de atingir mais de um composto simultaneamente e poder ser utilizada para outros fins que não a biorremediação (MARTINS, 2004), como na fabricação de materiais de construção, artesanato e perfumes (UCKER E ALMEIDA, 2013).
Os leitos de macrófitas podem ser classificadas de acordo com vários parâmetros, mas os dois mais importantes são o tipo de vegetação dominante que os habita, (emergentes, flutuantes enraizadas ou não enraizadas, e submersas), ou em termos operativos, pela forma como o efluente as percorre (sistemas de fluxo superficial (FS) e fluxo subsuperficial (FSS) que poderá ser em movimento vertical ou horizontal) (KADLEC E WALLACE, 2008). Os leitos com escoamento em modo subsuperficial vertical, apresentam condições muito mais aeróbias que os outros tipos de leitos construídos, podendo assim ser utilizados tanto para remoção de matéria orgânica como para a nitrificação e outros processos aeróbios (VYMAZAL, 2003).
A macrófita utilizada no estudo foi a Vetiveria Zizanioides, selecionada principalmente pela sua grande resistência a variações de pH (de 3 e 10,5) e de temperatura (-10 e 60ºC) do solo, e a concentrações elevadas de metais pesados (As, Cd, Pb, Hg, Ni, Se e Zn) (TRUONG E HART, 2001). Outras características que influenciaram a sua escolha foram seu modo de reprodução assexuado e seu sistema radicular comprido (THE WORLD BANK, 1993).
Este trabalho investigou a possibilidade de utilização de fitorremediação, usando leitos de escoamento vertical plantado com Vetiveria zizanioides para o tratamento de águas residuais contaminadas com concentrações de cafeína de 8 ± 1 mg .L-1, valores próximos aos relatados por Buerge (2003). Como objetivo secundário, foi analisado o comportamento dessas mesmas plantas quando expostas às referidas soluções.
METODOLOGIA
Descrição dos leitos
Este estudo foi realizado em um leito de fluxo vertical em escala piloto, com dimensões de 0,24 m2×0,70 m, plantado com V. zizanioides em aglomerados leves de argila expandida (Leca® NR10/20), normalmente denominada matriz de suporte.
Regime de amostragem
O leito flutuante foi operado em modo de fluxo contínuo por três meses. O fluxo contínuo foi alcançado usando uma bomba Eheim-2400 (Deizisan, Alemanha) e foi estabelecido em 20 mL.min-1(carga hidráulica de cerca de 200 L.m-2.d-1), com saída situada na superfície do leito. Um tanque de armazenamento de 125 L foi utilizado como reservatório para a solução de Hoagland usada na irrigação. As amostras foram coletadas 2 vezes na semana (todas as terças e quintas-feiras pela manhã), por um período de 5 semanas (n= 10 amostras), de 15 de outubro a 5 de novembro de 2019. A amostragem foi efetuada na entrada e saída do leito e as amostras foram analisadas in situ para determinação de pH. Para a determinação de cafeína, as amostras foram conservadas a -20ºC até a análise.
Solventes e reagentes
Cloreto de cálcio, dihidrogenofosfato de potássio, cloreto de amônio (Panreac, Alemanha), sulfato de potássio e cloreto de cobre (II) dihidratado (Scharlau, Espanha), cloreto de manganês (II) tetrahidratado (Sigma-Aldrich, Alemanha), sulfato de ferro (II) heptahidratado (VWR Chemicals, Bélgica), todos com grau de pureza 95 %; e cloreto de zinco de grau analítico (Riedel-de Haën, Alemanha) foram utilizados para a preparação da solução de Hoagland (água residual sintética). A cafeína utilizada, com grau de pureza superior a 99 %, fora obtida da Sigma Aldrich, Alemanha.
Acetonitrila e metanol, ambos com grau HPLC de pureza, foram obtidos de Carlo Erba, Espanha. Água ultrapura foi obtida de um sistema de purificação de água MilliQ.
Extração da cafeína dos tecidos das plantas
A cafeína foi extraída das plantas segundo o método de ruptura por areia do mar. A areia foi passada por uma peneira de 2 mm, lavada com água deionizada até que o líquido saísse límpido e, em seguida, lavada três vezes com metanol 99 %. Foram pesados 0,5 mg de amostra de plantas e, em duplicata, moídos com a areia em um almofariz, com adição de 2 mL de metanol. O conteúdo do almofariz foi transferido para uma seringa de 20 mL com 3 discos de papel filtro no fundo. Outro disco foi usado para cobrir o material e foi então comprimido pelo êmbolo da seringa. A seringa foi seca sob vácuo e então eluiu-se o material em seu interior 3 vezes com 10 mL de metanol. A solução extraída foi concentrada utilizando uma leve corrente de gás nitrogênio, até um volume de 40 µL, sendo assim diluída para um volume final de 10 mL. A amostra para análise foi filtrada com um filtro de acetato de celulose de 0,45 µm e inserida em um vial para posterior leitura em HPLC-MS (TEIXEIRA E COSTA, 2005; ZHANG et al., 2012).
Extração de clorofila a, b e carotenoides totais
Esta extração, e a conseguinte quantificação, seguiram o método de Lichtenthaler (1987), e utilizaram de duas fontes: uma planta sem adição de cafeína e outra proveniente do leito estudado. As folhas foram cortadas e congeladas a -80 ºC, e destas pesou-se 25 mg, adicionando em seguida 0,1 mL de água. Após 10 min., 8 mL de etanol 96 % foram adicionados e o conjunto foi centrifugado em um homogeneizador de tecidos Precellys Evolution por 2 min. a 4500 rpm. As amostras foram mantidas na ausência de luz por 24 horas, envoltas em papel alumínio e armazenadas em um armário, e a análise espectrofotométrica então foi realizada em um Ultrospec 2100 pro em 4 faixas de absorção (470 nm, 649 nm, 664 nm e 750 nm).
Determinação de pH
Dez amostras da entrada e da saída de água do leito foram coletadas e o pH foi monitorizado com a utilização de uma sonda portátil multiparamétrica (HI9829 HANNA).
Análise cromatográfica
A análise HPLC-MS foi realizada em um cromatógrafo líquido de alta performance UltiMate 3000 HPLC series da Thermo Scientific (Thermo Scientific, EUA) com fonte de ionização eletrospray (ESI), com os softwares de controle “Chromeleon – Dionex” e “Thermo Scientific Xcalibur”. A quantificação da cafeína nas amostras de efluente e afluente do leito foi realizada por análise cromatográfica em modo isocrático, em uma coluna de fase reversa Hypertensil C18 de 160 x 4,6 mm, a 25 oC. A fase móvel consistia em uma mistura de acetonitrila:água ultrapura (40:60) acidificada com 0,1 % de ácido fórmico e com fluxo de 0,2 mL.min-1. O preparo das amostras se deu pela filtração das mesmas em filtros de acetato de celulose de 0,45 µm, seguido de inserção em vials e alocação no amostrador. O volume de amostra utilizado foi selecionado de acordo com a reta de calibração preparada para o equipamento. Preparou-se uma solução mãe de cafeína a 200 mg .L-1 através da dissolução de cafeína pura em uma mistura de acetonitrila:água (67:33). A partir desta, retirou-se alíquotas necessárias para a preparação da curva de calibração, com concentrações de 0,5, 1,0, 1,5, 2,0 e 2,5 mg .L-1.
Foi feita a leitura do teor de cafeína nas amostras e nos padrões com um detector UV-VIS na faixa de 273 nm, resultando em um tempo de retenção de 1,38 s. Tendo em vista que o tempo de retenção varia de acordo com as condições experimentais do HPLC, fez-se em seguida a detecção em MS, em polaridade positiva, e íon precursor de m/z=195. As condições operatórias aplicadas ao detector MS encontram-se na Tabela 1.]
Tabela 1: Condições operacionais do espectrômetro de massa (MS).
Nome Valor
Sweep gas Flow 0.01
Voltagem do capilar (V) 39.93 Temperatura do capilar (°C) 299.85
Voltagem do Tube Lens (V) 54.53
Vácuo: Medidor de Íons (E-5 Ton) 1.76 Medidor de Convecção (Torr) 1.36
Bomba Turbo:
Vida (horas) 28388 Velocidade (Hz) 750 Potência (Watts) 57 Temperatura (°C) 37 Fonte: Dados da pesquisa.
Tratamento dos resultados obtidos
Os resultados obtidos foram tratados estatisticamente no programa Statistica (versão 8) sendo utilizado em todos os testes um limiar de significância de 5%. A comparação das diferenças entre os valores de entrada e saída do leito, para os diversos parâmetros físico-químicos monitorizados, foi efetuada por análise de variância (ANOVA) a dois fatores, sendo as suas médias avaliadas posteriormente pelo teste de Tuckey. As eficiências de remoção foram analisadas por ANOVA a um fator e comparadas pelo teste de Tuckey.
Resultados e discussão
Remoção da cafeína de águas residuais e assimilação pelas plantas
Os resultados obtidos relativos aos teores de cafeína na água residual sintética (afluente do leito), e posteriormente à sua passagem pelo leito plantado com V. zizanioides, indicaram que ocorreu remoção de cafeína no interior do leito (Figura 1).
A eficiência média de remoção foi de 69 ± 2 %, valor muito inferior aos encontrados por Hijosa-Valsero et al. (2010) e Matamoros et al. (2009), com médias que variaram de 95 % a 99 % para o mesmo estilo de leito. Alguma desta cafeína pode ter sido removida através da assimilação pela biomassa vegetal, nomeadamente as raízes e a parte aérea. No entanto, apenas se determinou a cafeína presente nas folhas das plantas e foi de 20 µg.g-1 de biomassa fresca. Este valor excedeu os relatados por Zhang et. al (2012), de 6,39 a 13,65 µg.g-1 de biomassa fresca, que utilizou concentrações de cafeína de 0,5 a 2,0 mg.L-1. O valor quantificado representa apenas uma pequena fração quando comparada com a quantidade removida da água residual. Assim, além da assimilação pelas plantas, ocorreram outros mecanismos de remoção de cafeína, nomeadamente a assimilação pelos microrganismos presentes e a sua degradação aeróbia.
Clorofila e carotenoides
Medindo, em triplicata, os níveis de clorofila e carotenoides nas plantas, pode-se checar a existência de alterações em suas estruturas, assim como em suas capacidades de realização da fotossíntese. Essa medição visa à verificação de respostas tóxicas da planta à presença de cafeína no meio. Com os resultados, apresentados na Figura 2, pode-se constatar que a presença de cafeína na água do leito interferiu significativamente (p<0,05) na quantidade de clorofila a (Chl a) e total (Chl total), assim indicando possíveis efeitos de toxicidade para as plantas, embora não tenha sido detectada nenhuma alteração morfológica através da observação efetuada durante a amostragem. Clorofila b (Chl b) e carotenoides, no entanto, não apresentaram suficiente alteração (p>0,05).
Figura 1: Médias das concentrações de cafeína na entrada e na saída de água do leito (n= 10 amostras) FONTE: Dados da pesquisa.
pH da água
Os valores de pH se mantiveram constantes no decorrer do período de estudo, com o pH médio do afluente sendo 7,1 ± 0,1 e do efluente, 7,1 ± 0,1. Esses dados indicam que, com as quantidades de cafeína adicionadas, as reações químicas e biológicas que possam ter ocorrido não alteram significativamente os valores de pH (p>0,05).
Conclusão
O presente trabalho constatou a possibilidade de utilizar fitorremediação com V. zizanioides para promover a remoção sustentável de cafeína em leitos contaminados. Foram obtidas elevadas eficiências de remoção e observou-se que nas folhas das plantas houve assimilação do poluente.
Foi identificada uma diminuição do teor em clorofilas a e totais devido à exposição das plantas à cafeína, embora não se tenha observado sinais de amarelamento nas folhas da V. zizanioides.
A fitorremediação pode ser uma resposta à remoção sustentável da cafeína presente em águas residuais. A V. zizanioides e a matriz de suporte mostraram ser adequadas ao sistema em estudo. Sugere-se que em estudos futuros, possam fornecer esclarecimentos dos mecanismos envolvidos no processo de remoção da cafeína empregando leitos de escoamento subsuperficial vertical.
Bibliografia
BUERGE, Ignaz J.; POIGER, Thomas; MÜLLER, Markus D.; BUSER, Hans-rudolf. Caffeine, an
Anthropogenic Marker for Wastewater Contamination of Surface Waters. Environmental Science & Technology, [s.l.], v. 37, n. 4, p. 691-700, fev. 2003. American Chemical Society (ACS). http://dx.doi. org/10.1021/es020125z.
CHEN, Feng et al. Measurement of caffeine and its three primary metabolites in human plasma by HPLC-ESI-MS/MS and clinical application. Biomedical Chromatography, [s.l.], v. 31, n. 6, p.3900-3900, 4 jan. 2017. Wiley. http://dx.doi.org/10.1002/bmc.3900. Disponível em: <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ pmc/articles/PMC5415443/>. Acesso em: 11 nov. 2019.
DANESHVAR, Atlasi et al. Evaluating pharmaceuticals and caffeine as indicators of fecal
contamination in drinking water sources of the Greater Montreal region. Chemosphere, [s.l.], v. 88, n. 1, p.131-139, jun. 2012. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.chemosphere.2012.03.016. Disponível em: <https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S004565351200330X?via%3Dihub>. Acesso em: 26 dez. 2019.
DAUGHTON, C G; A TERNES, T. Pharmaceuticals and personal care products in the environment: agents of subtle change?. Environmental Health Perspectives, [s.l.], v. 107, n. 6, p.907-938, dez. 1999. Environmental Health Perspectives. http://dx.doi.org/10.1289/ehp.99107s6907. Disponível em: <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1566206/>. Acesso em: 3 jan. 2020.
Figura 2: Médias de clorofilas e carotenoides presentes na Vetiveria zizanioides (grupos amostrais de = 3 amostras). Leito sem cafeína (controle) representado pelas barras em laranja e leito com adição de cafeína representado pelas barras em azul. FONTE: Dados da pesquisa.
DIVENSI, Helizabett Fernanda do; LIMA, Sônia Barbosa de; SOUZA, Débora Cristina de. Tratamento de efluentes contendo altas concentrações de matéria orgânica e nutrientes utilizando macrófita aquática. In: ENCONTRO DE PRODUÇÃO CIENTÍFICA E TECNOLÓGICA, 5., 2010, Campo Mourão. Anais do V Encontro de Produção Científica e Tecnológica. Campo Mourão: Fecilcam, 2010. Disponível em: http://www.fecilcam.br/nupem/anais_v_epct/PDF/engenharias/05_DIVENSI_LIMA_SOUZA.pdf. Acesso em: 7 jan. 2020.
GONÇALVES, Eline Simões. O uso da cafeína como indicador de contaminação por esgoto doméstico em águas superficiais. 2008. 90 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Geociências, Universidade Federal Fluminense, Teresópolis, 2008. Disponível em: <https://app.uff.br/riuff/handle/1/3603>. Acesso em: 30 dez. 2019.
HIJOSA-VALSERO, María; MATAMOROS, Víctor; MARTÍN-VILLACORTA, Javier; BÉCARES, Eloy; BAYONA, Josep M.. Assessment of full-scale natural systems for the removal of PPCPs from wastewater in small communities. Water Research, [s.l.], v. 44, n. 5, p. 1429-1439, mar. 2010. Elsevier BV. http://dx.doi. org/10.1016/j.watres.2009.10.032.
JONES, O. A. H.; VOULVOULIS, N.; LESTER, J. N.. Human Pharmaceuticals in Wastewater Treatment Processes. Critical Reviews In Environmental Science And Technology, [s.l.], v. 35, n. 4, p.401-427, jul. 2005. Informa UK Limited. http://dx.doi.org/10.1080/10643380590956966. Disponível em: <http://www. geol.lsu.edu/blanford/NATORBF/14%20Pharmaceuticals%20and%20RBF/Jones%20et%20al_Crit%20 Reviews%20Env._2005.pdf>. Acesso em: 26 dez. 2019.
KADLEC, Robert H.; WALLACE, Scott D.. Treatment Wetlands. 2. ed. Boca Raton: Taylor & Francis Group, 2008. 965 p.
LICHTENTHALER, Hartmut K.. [34] Chlorophylls and carotenoids: Pigments of photosynthetic biomembranes. Methods In Enzymology, [s.l.], p.350-382, 1987. Elsevier. http://dx.doi.
org/10.1016/0076-6879(87)48036-1.
MARTINS, Ana Paula Lang. Capacidade do Polygonum hydropiperoides e Typha dominguensis na fitorremediação de efluentes de tanques de piscicultura na região da bacia do rio Iraí. 2004. 92 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Agronomia, Setor de Ciências Agrárias, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2005. Disponível em: <https://acervodigital.ufpr.br/handle/1884/3459>. Acesso em: 4 jan. 2020.
MATAMOROS, Víctor; ARIAS, Carlos; BRIX, Hans; BAYONA, Josep M.. Preliminary screening of small-scale domestic wastewater treatment systems for removal of pharmaceutical and personal care products. Water Research, [s.l.], v. 43, n. 1, p. 55-62, jan. 2009. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j. watres.2008.10.005.
RAI, Prabhat Kumar. Heavy Metal Phytoremediation from Aquatic Ecosystems with Special Reference to Macrophytes. Critical Reviews In Environmental Science And Technology, [s.l.], v. 39, n. 9, p.697-753, 31 ago. 2009. Informa UK Limited. http://dx.doi.org/10.1080/10643380801910058. Disponível em: <https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/10643380801910058>. Acesso em: 3 jan. 2020. SOUZA, L. F. C. B. et al. Cafeína em água de captação e tratada: um indicador químico de contaminação antrópica.. In: Congresso de Pesquisa em Saúde Animal e Humana, 1., 2016, Londrina. Anais do I COPESAH. Londrina: ISSN, 2016. p. 149-152. Disponível em: https://www. tratamentodeagua.com.br/artigo/cafeina-em-amostras-de-agua-de-captacao-e-tratada-um-indicador-quimico-de-contaminacao-antropica/. Acesso em: 29 dez. 2019.
TEIXEIRA, D. Martins; COSTA, C. Teixeira da. Novel methods to extract flavanones and xanthones from the root bark of Maclura pomifera. Journal Of Chromatography A, [s.l.], v. 1062, n. 2, p.175-181, jan. 2005. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.chroma.2004.11.053.
THE WORLD BANK (United States). Vetiver Grass: The Hedge against Erosion. 4. ed. Washington, D.c, 1993. 48 p. Disponível em: http://www.vetiver.org/PUBLICATIONS/TVN_greenEng.pdf. Acesso em: 22 maio 2020.
TRUONG, Dr. Paul; HART, Barbara. Vetiver System for Wastewater Treatment. Queensland, 2001. 26 p. Disponível em: https://www.vetiver.org/PRVN_wastewater_bul.pdf. Acesso em: 22 maio 2020.
UCKER, Fernando Ernesto; ALMEIDA, Rogério de Araújo. UTILIZAÇÃO DO CAPIM VETIVER NA REMOÇÃO DE NUTRIENTES DO ESGOTO DOMÉSTICO. Revista Eletrônica de Gestão e Tecnologias Ambientais (gesta), Goiás, v. 1, n. 2, p. 267-275, 2013. Disponível em: https://portalseer.ufba.br/index. php/gesta/article/download/8541/6424. Acesso em: 20 abr. 2020.
VYMAZAL, J.. The Use of Aquatic Macrophytes for Wastewater Treatment in Constructed Wetlands. In: 1ST INTERNATIONAL SEMINAR ON THE USE OF AQUATIC MACROPHYTES FOR WASTEWATER TREATMENT IN CONSTRUCTED WETLANDS, 1., 2003, Lisboa. Proceedings of the 1st International seminar on the use of aquatic macrophytes for wastewater treatment in constructed wetlands. Lisboa: Icn e Inag, 2003. p. 35-69.
ZHANG, Dong Qing et al. Assessment of plant-driven uptake and translocation of clofibric acid by Scirpus validus. Environmental Science And Pollution Research, [s.l.], v. 20, n. 7, p.4612-4620, 30 dez. 2012. Springer Science and Business Media LLC. http://dx.doi.org/10.1007/s11356-012-1375-1. DIREITO, Daniel Gaspar. A Indústria da Cortiça e o seu Potencial de Inovação. Do Porto: Isep, 2011. Disponível em: <http://recipp.ipp.pt/bitstream/10400.22/2869/1/DM_DanielDireito_2011_MEQ.pdf>. Acesso em: 09 jun. 2017.
DOMINGUES, Valentina Maria Fernandes. Utilização de um produto natural (cortiça) com adsorvente
de pesticidas piretróides em águas. 2005. Disponível em: <https://repositorio-aberto.up.pt/
bitstream/10216/12811/2/Texto integral.pdf>. Acesso em: 15 abr. 2017.
GOMES, Juliana Patrício et al. Regeneração de Carvão Ativado obtido da flor de abril (Dillenia Indica
L.) utilizando NaOH. PIC-QUIMI, Araquari, p. 01-15, 2017.
MARIN, Pricila et al. Avaliação do efeito da temperatura, pH e granulometria do adsorvente na adsorção do corante azul reativo 5G. Engevista, Paraná, v. 17, n. 1, p.59-68, mar. 2015.
MEZOMO, João Vitor et al. Materiais adsorventes produzidos a partir do resíduo da erva-mate para a
adsorção de azul de metileno. Jaraguá do Sul, p.01-19, dez. 2017. Disponível em: <https://drive.google.
com/file/d/0B_0OFEKt0VuAZjNIQTlITFdDWWI5WDZzR2xOdkpZSEJOTS1V/view>. Acesso em: 19 jul. 2019. MOURÃO, P. A. M.; CARROTT, P. J. M.; CARROTT, M. M. L. R. Cortiça: uma nova perspectiva. Scielo, Portugal, v. 1, n. 01, p.282-289, jan. /. Disponível em: <http://www.scielo.mec.pt/pdf/rca/v30n1/ v30n1a29.pdf>. Acesso em: 07 jul. 2019.
NASCIMENTO, Ronaldo Ferreira do et al. Adsorção: Aspectos Teóricos e Aplicações Ambientais. Fortaleza: Imprensa Universitária, 2014. 255 p. Disponível em: <http://www.repositorio.ufc.br/ bitstream/riufc/10267/1/2014_liv_rfdnascimento.pdf>. Acesso em: 26 nov. 2017.
RESENDE, Sulamita Mendonça de. Projeto e construção de um filtro destinado ao tratamento
de efluentes de pequenas tinturarias utilizando materiais de baixo custo. 2013. 81 f. Dissertação
(Mestrado) - Curso de Tecnologias Para O Desenvolvimento Sustentável, Universidade Federal de São João Del-rei, Ouro Branco, 2013. Disponível em: <https://www.ufsj.edu.br/portal2-repositorio/File/ ppgtds/DISSERTACOES/Sulamita.pdf>. Acesso em: 19 jul. 2019.
YOKOYAMA, L. et al. Remoção de cor em soluções de corantes reativos por oxidação com H2O2/UV. Química Nova, v. 29, n. 1, p. 11-14, 2006.
03
Óleo residual de fritura e
sebo bovino: matérias-primas
alternativas à produção de
biodiesel
SÂMILLA GABRIELLA COELHO DE ALMEIDAI1
VERÔNICA TÁVILLA FERREIRA SILVA2
CAROLINA PORTO PRADOS3
CRISTINA ALVES MARTINS OLIVEIRA4
RESUMO
A crescente preocupação com as mudanças climáticas decorrentes das emissões dos gases do efeito estufa, causados em parte pelos combustíveis de origem fóssil, vem levando a uma maior busca na otimização da produção de biodiesel utilizando matérias-primas renováveis, pois essa tem se mostrado uma alternativa sustentável e socioeconomicamente atrativa à substituição do diesel em longo prazo. As matérias-primas mais utilizadas para a produção do biodiesel no Brasil são o óleo de soja, seguido pelo uso do sebo bovino e óleos residuais de frituras. Os métodos empregados para a obtenção do biodiesel a partir destes materiais são: a transesterificação, o craqueamento e a microemulsão, que utilizam em suas reações excesso de álcool metílico ou etílico e um catalisador que pode ser de caráter básico ou ácido, e a depender do processo, também se utiliza do catalizador enzimático. A metodologia mais utilizada faz uso da transesterificação empregando catalizadores básicos.
Palavras-chave: Biodiesel, Óleos residuais, Sebo bovino.
Introdução
A utilização de derivados do petróleo como principal fonte energética data de muito tempo e ele são vistos atualmente como principais causadores do efeito estufa. Além dos problemas iminentes ligados às causas ambientais, há também a preocupação de que este recurso não renovável venha a se esgotar em um período não muito distante (DBEREINER; BALDANI, 1998).
O diesel é um combustível fóssil obtido pela destilação do petróleo, o qual foi acumulado no subsolo por milhares de anos, tendo como constituição básica uma mistura de hidrocarbonetos. Além dos constituintes átomos de carbono e hidrogênio, o diesel conta com a presença de enxofre e nitrogênio em sua estrutura (PETROBRÁS, 2015).
Com o aumento populacional e os transportes rodoviários servindo como principal via para escoamento de produção, a redução do consumo de diesel é vista como algo distante, sendo mais viável a busca por fontes renováveis. Devido a esse caráter nocivo dos derivados do petróleo, o campo científico tem voltado suas pesquisas para as fontes energéticas menos poluentes e economicamente viáveis, assim chamados de combustíveis biológicos ou bioenergéticos (DÖBEREINER; BALDANI, 1998).
O “biodiesel é um substituto natural do diesel de petróleo e pode ser produzido a partir de fontes renováveis como óleos vegetais, gorduras animais e óleos utilizados para cocção de alimentos”
1 Universidade Estadual Paulista (UNESP), Campus Araraquara – SP (gabics@mail.uft.edu.br) 2 Universidade de São Paulo (USP), Campus Lorena – SP (veronicatavilla@gmail.com)
3 Universidade Federal do Tocantins (UFT), Campus Gurupi – TO (carolinapra-dos@mail.uft.edu.br) 4 Universidade Federal do Tocantins (UFT), Campus Gurupi – TO (biocris@mail.uft.edu.br)
(RAMOS, 2003).
O Brasil mostra grande potencial para a produção de biodiesel, além de uma rica diversidade de matérias-primas, contando com tecnologia genuinamente brasileira. Historicamente, a primeira patente mundial registrada de um processo de produção industrial de biodiesel (transesterificação) foi concedida ao engenheiro químico cearense Expedito Parente, em 1977 (FERNANDES, 2008).
Uma das características que fazem com que o biodiesel seja considerado um combustível ecológico é o seu caráter não tóxico, além de ser isento de enxofre e aromáticos, resultando assim em emissões de melhor qualidade no que se refere ao processo de combustão (FERNANDES et al.,2008).
Apesar de o biodiesel ter uma quantidade de energia inferior ao diesel de petróleo, em torno de 10%, seu desempenho é similar ao que diz respeito à potência e ao torque, tendo ainda como diferencial maior lubricidade, atribuída a sua viscosidade (SILVA et al2010). O Brasil conta atualmente com 58 usinas destinadas à produção de biodiesel, regulamentadas pela ANP (Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis). A capacidade nominal de armazenamento do Brasil no ano de 2017 foi de 175.038,05 m3 de biodiesel (BIODIESELBR, 2019; ANP, 2014).
Dentre as matérias-primas utilizadas na produção de biodiesel, podem ser incluídos quaisquer óleos vegetais (desde os refinados aos crus), gordura animal, como sebo bovino, e óleo residual de fritura, sendo o óleo de soja o mais utilizado no Brasil. No entanto, há o empasse entre o uso de terras agricultáveis voltadas para a produção de soja (obtenção do biodiesel) e aquelas destinadas à produção de alimentos, desencadeando assim uma competição entre estes setores, o que acaba por levantar o questionamento de até quando essa produção é sustentável (DABDOUB, 2009).
A substituição parcial de derivados de petróleo é algo que vem sendo cada vez mais explorada, tanto no campo de energia (combustíveis sólidos e líquidos), quanto na produção de precursores químicos que têm origem comumente a partir de derivados fósseis. O Brasil tem avançado neste sentido devido a sua elevada produção de commodities, e dentro destas cadeias produtivas, ocorre a geração de resíduos que podem ser utilizados para produção de biocombustíveis. Além de agregar valor a um material que inicialmente é tratado como um resíduo, é uma solução viável por permitir um destino correto para esses materiais (GRANGEIRO et al., 2019).
Dada a ampla disponibilidade de óleos vegetais e sebos animais residuais, a tecnologia de produção de biodiesel utilizando estas matérias-primas representa um grande potencial de incrementação energética no Brasil. Este artigo apresenta uma visão geral da produção de biodiesel no Brasil a partir de óleo residual de fritura e sebo bovino, fazendo um compilado das informações críticas para um melhor entendimento do potencial energético deste setor.
Metodologia
No intuito de explanar sobre a temática biodiesel de uma forma geral e do uso alternativo de matérias-primas renováveis, a metodologia deste artigo se divide nos temas: a) Obtenção do biodiesel por transesterificação; b) Uso de óleo residual na produção de biodiesel; c) Uso do sebo bovino na produção do biodiesel.
Obtenção do biodiesel por transesterificação
O processo de transesterificação para a produção de biodiesel consiste na reação entre triglicerídeos com um álcool (metanol ou etanol), na presença de um catalisador de natureza ácida, básica ou enzimática (DABDOUB, 2009). Esse processo resultará na substituição do grupo éster do glicerol pelo grupo etanol ou metanol, o que resultará na produção de glicerina e em mono-alquil estéres, o biodiesel (Figura 1). Quando empregado em escala industrial, o catalisador mais utilizado é o alcalino, devido a suas características favoráveis de operação, tais como baixo custo, fácil instalação e uma elevada taxa de reação (MENESES et al.,2012).
Independente do catalisador utilizado, a reação de transesterificação corresponde a uma reação reversível, onde sua cinética obedece à lei de Lê Chatelier (NETTO; DRUCIAKI, 2014). Portanto, o rendimento final dependerá do deslocamento do equilíbrio químico para a formação do produto mono-alquil estéres (MENESES et al.,2012). Condições para otimizar este rendimento vêm sendo utilizadas, como temperatura de reação, concentração e caráter do catalisador, bem como o excesso do agente de transesterificação (álcool), de modo a deslocar o equilíbrio da reação para a formação dos produtos, pois além de aumentar o rendimento de ésteres ajudará na separação da glicerina livre que será formada ao término da reação (MARQUES et al., 2011).
Rendimentos em torno de 100% são inexecutáveis em uma única etapa de reação, pois além de caráter reversível, há a ocorrência de reações secundárias como a saponificação, formação de sabão (MENESES et al.,2012). Por isso, uma segunda reação sequencial é executada a fim de limitar a presença de triacilgliceróis não reagidos e os limites tolerados pela ANP. Essa segunda etapa garante taxas de conversão superiores a 98% (MARQUES et al., 2011).
Após o processo reacional, o biodiesel é separado dos demais produtos por decantação (sabões, sais, metanol, glicerina livre e catalisador remanescente); no entanto, para um grau de pureza adequado é realizada uma etapa de lavagem aquosa para a remoção dos resíduos que perdurem (MENESES et al.,2012).
Dentre os entraves existentes para a produção de biodiesel está sua pobre propriedade anti-oxidante. Isso se deve ao seu elevado nível de insaturações entre os átomos de carbono pelas suas longas cadeias, tornando, assim, o biodiesel propenso a ser oxidado e a produzir resíduos como o glicerol (LUO et al., 2012).
A oxidação do biodiesel trata-se da reação do oxigênio atmosférico com as duplas ligações dos ésteres, sendo visto assim como um processo complexo, o qual ocorre devido ao contato direto do óleo com o ar (JÚNIOR et al., 2011).
O biodiesel apresenta-se susceptível ao processo de oxidação, fato este que pode comprometer a sua armazenagem e utilização. No entanto, pesquisas vêm sendo desenvolvidas, como por exemplo, o emprego de aditivos antioxidantes que melhoram a conservação do biodiesel (DIB, 2010).
Uso de óleo residual na produção de biodiesel
Países como a China, Índia e alguns da África têm incentivado o fomento para matérias-primas não concorrentes com produtos alimentícios, como é o caso do pinhão manso e o óleo residual de fritura (FERREIRA; PASSADOR, 2014).
O custo da matéria-prima acarreta em cerca de 80-85% do preço do biodiesel; assim, o óleo residual de fritura mostra-se como uma matéria-prima em potencial (LEVY, 2011). As características do biodiesel vão depender da matéria-prima que for utilizada, devido à composição variável dos ácidos graxos presentes, resultando em diferentes propriedades físico-químicas do produto final (MAZIVILA et al., 2015).
Atualmente, o número de estabelecimentos do âmbito alimentício encontra-se crescente, alavancando as pesquisas em torno da utilização do óleo residual de fritura para a produção de biodiesel. Esse óleo, portanto, mostra-se uma matéria-prima viável, pois seu descarte incorreto no meio ambiente é de caráter nocivo, o qual culmina na poluição do solo e posteriormente dos lençóis
Figura 1: Reação de transesterificação de triacilgliceróis (triglicerídeos) FONTE: Elaboração própria
